[實用新型]一種基于PCI?E總線的高速密碼卡

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720518894.2
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN206712810U
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱云;李元驊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京數(shù)盾信息科技有限公司
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;G06F21/60;G06F21/64
• 代理公司: 北京創(chuàng)遇知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11577
• 代理人: 武媛,呂學(xué)文

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及信息安全領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于PCI-E總線的高速密碼卡。

背景技術(shù)

PCI-Express(peripheral component interconnect express)是一種高速串行計算機擴展總線標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為“3GIO”，是由英特爾在2001年提出的，旨在替代舊的PCI，PCI-X和AGP總線標(biāo)準(zhǔn)。PCIe屬于高速串行點對點雙通道高帶寬傳輸，所連接的設(shè)備分配獨享通道帶寬，不共享總線帶寬，主要支持主動電源管理，錯誤報告，端對端的可靠性傳輸，熱插拔以及服務(wù)質(zhì)量(QOS)等功能。PCIe交由PCI-SIG(PCI特殊興趣組織)認(rèn)證發(fā)布后才改名為“PCI-Express”，簡稱“PCI-E”。它的主要優(yōu)勢就是數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前的v2.x版本x16通道可達(dá)到8GB/s，而且還有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

隨著國家對信息安全的重視，當(dāng)前很多部門和企業(yè)要求使用國產(chǎn)算法對其信息進(jìn)行保護(hù)，因此對國產(chǎn)密碼產(chǎn)品提出了更高的要求。為滿足服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備對密碼算法速度與安全性的需求，現(xiàn)在許多廠商研制了基于PCI接口的密碼卡。PCI總線使用并行總線結(jié)構(gòu)，在同一條總線上所有外部設(shè)備共享總線帶寬，采用了并行互聯(lián)，這大大影響了系統(tǒng)整體的性能表現(xiàn)，同時并行信號由于相互干擾也嚴(yán)重制約了日后速度的進(jìn)一步提升。隨著用戶規(guī)模大幅增長，發(fā)現(xiàn)PCI密碼卡的瓶頸導(dǎo)致網(wǎng)關(guān)吞吐量無法提升，無法滿足高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的需要。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種基于PCI-E總線的高速密碼卡，能夠為各類安全平臺提供多進(jìn)程、多線程的高速密碼運算服務(wù)，滿足其對數(shù)字簽名/驗簽，對稱/非對稱加解密、數(shù)據(jù)完整性校驗、真隨機數(shù)生成，密鑰生成及管理等功能的要求，保證敏感數(shù)據(jù)的機密性、完整性和抗抵賴性。

本實用新型解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案如下：一種基于PCI-E總線的高速密碼卡，包括FPGA邏輯芯片、主控CPU芯片、密碼算法模塊、噪聲源WNG9芯片、PCI-E接口模塊、安全防護(hù)模塊；所述的FPGA邏輯芯片連接所述的密碼算法模塊、噪聲源WNG9芯片、PCI-E接口模塊、主控CPU芯片；所述的主控CPU芯片連接有SRAM和SPI FLASH，主控CPU芯片通過串口與安全防護(hù)模塊連接；所述的密碼算法模塊包括SM1、SM2、SM3、SM4算法芯片，密碼算法模塊連接所述的FPGA邏輯芯片；所述的噪聲源WNG9芯片設(shè)有2組，每組噪聲源WNG9芯片設(shè)有2路，噪聲源WNG9芯片連接所述的FPGA邏輯芯片；所述的PCI-E接口模塊連接所述的FPGA邏輯芯片；所述的安全防護(hù)模塊包括弱電存儲控制芯片、環(huán)境傳感器、鈕扣鋰電池、柔性PCB、外殼，安全防護(hù)模塊連接所述的FPGA邏輯芯片。

如上所述的一種基于PCI-E總線的高速密碼卡，所述的FPGA邏輯芯片選用的型號是XILINX Spartan-6系列的XC6SLX75-3FGG676C。FPGA邏輯芯片為加密卡的核心中轉(zhuǎn)處理單元，負(fù)責(zé)與PCI-E接口模塊通信、采集與檢驗噪聲源信號、與密碼算法芯片通信、與主控芯片通信等工作。

如上所述的一種基于PCI-E總線的高速密碼卡，所述的主控CPU芯片采用同方股份有限公司32位SOC芯片TF32A09，商密型號為SSX1019。主控CPU芯片負(fù)責(zé)整個板卡的調(diào)度工作，通過FPGA邏輯芯片實現(xiàn)與宿主機通信，調(diào)用FPGA外接算法芯片，外接擴展SRAM和擴展SPI Flash，通過串口與安全防護(hù)模塊交互信息，通過智能卡接口實現(xiàn)用戶的身份鑒別，實時對外顯示板卡的工作狀態(tài)。

如上所述的一種基于PCI-E總線的高速密碼卡，所述的密碼算法模塊包括SM1算法芯片、SM2算法芯片、SM3算法芯片、SM4算法芯片；所述的SM1算法芯片采用北京宏思電子技術(shù)有限公司的SSX30-D芯片，SM1算法芯片分組密碼算法的分組長度為128比特，密鑰長度為128比特，SSX30-D芯片具有ECB、CBC和OFB運算模式以及單總線、雙總線兩種工作方式，在ECB模式雙總線工作方式下加解密速率最高可達(dá)1.4Gbps。

SM2算法芯片采用北京宏思電子技術(shù)有限公司的HSM2-H2芯片，商密型號為SSX1303，SM2算法芯片為高性能密碼算法協(xié)處理器芯片，HSM2-H2芯片實現(xiàn)了國家標(biāo)準(zhǔn)SM2和SM3密碼算法功能，該芯片可以實現(xiàn)SM2算法的數(shù)字簽名5000次/秒，SM2算法的數(shù)字簽名驗證2500次/秒；